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비응축성 기체 존재 시 수직관 외벽에서의 응축 열전달계수 상관식 개발
장영준(Yeong-Jun Jang),최동재(Dong-Jae Choi),김신(Sin Kim),정동욱(Dong Wook Jerng),이연건(Yeon-Gun Lee) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.3
본 연구에서는 비응축성 기체(공기)가 존재할 때, 10 mm의 직경을 갖는 수직 튜브 외벽에서의 응축 열전달계수를 측정하였다. 압력 2~5 bar, 공기 질량분율 10~75 %의 범위에서 실험을 수행하였다. 응축튜브 직경의 차이가 열전달계수에 미치는 영향을 평가하기 위해 측정 결과를 외경 40 mm의 응축튜브로부터 얻은 Lee의 실험 결과와 비교하였다. 본 연구의 측정결과와 Lee, 그리고 Dehbi의 실험결과를 이용하여 전열관의 직경에 의한 영향을 고려할 수 있는 실험적 상관식을 제안하였다. 제안된 상관식의 검증을 위해 Kawakubo의 실험결과와 예측값을 비교하였고, 평균 표준편차는 약 27 %로 나타났다. In this study, condensation heat transfer coefficients are measured in the presence of noncondensable gas (i.e., air) on a vertical tube with a 10-mm outer diameter. Experiments are conducted at pressures ranging from 2 to 5 bar and an air-mass fraction from 10 to 75 %. The experimental results are compared to the heat transfer coefficients obtained on a 40-mm O.D. tube, researched by Lee et al. Using the consolidated data from this study and Lee"s and Dehbi"s tests, a new empirical correlation for the condensation heat transfer coefficient of an air-steam mixture is developed. The proposed correlation is assessed against Kawakubo"s experimental results, and the mean standard deviation is ~27 %.
환형채널 내 저압 미포화비등 유동장의 국소 이상유동 변수 측정
이연건(Yeon-Gun Lee),유지웅(Ji-Woong Yoo),김신(Sin Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.12
대기압 주변 저압조건에서 미포화비등 유동장 내 국소 기포인자를 측정하기 위한 실험 연구를 수행하였다. 시험부는 유효 가열길이 2 m의 수직 환형채널이며, 기포변수의 측정에 광섬유센서를 적용하였다. 네 군데의 높이에서 국소 기포율, 평균 기포속도, 계면면적밀도, Sauter mean diameter를 측정하였으며, 광섬유센서의 측정 팁을 이송함으로써 각 높이에서의 반경방향 단면 분포를 획득하였다. 실험에서 유동 조건은 열속 370 kW/m², 질량속 430~680 kg/m²s, 입구 과냉각도 12~18 K, 그리고 압력 114~152kPa의 범위로 조절하였다. 국소 기포인자의 다차원 분포 측정 결과는 전산유체역학 코드의 벽면 비등모델 검증에 유용하게 활용될 수 있다. In this study, an experimental investigation is performed to measure the local bubble parameters in steam-water subcooled boiling flow under atmospheric pressure conditions. The test section is a vertical concentric annulus with an effective height of 2 m, and optical fiber probes are used to measure various local bubble parameters during boiling of the subcooled flow. The local void fraction, mean bubble velocity, interfacial area density, and Sauter mean diameter are measured at four elevations, and their radial profiles are obtained by traversing the tip of optical probes. In the experiments, the flow conditions were set for a heat flux of 370 kW/m², a mass flux of 430~680 kg/m²s, and an inlet subcooling of 12~18 K at pressures ranging from 114 to 152 kPa.
열분배모델을 이용한 수직유로에서의 저압 미포화비등 해석
이바로(Ba-Ro Lee),이연건(Yeon-Gun Lee) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.7
벽면비등 모델로 열분배모델을 채택하는 CFD 스케일의 전산해석코드는 저압 조건에서 미포화비등 발생 시 2상유동 변수의 해석 정확도가 낮은 것으로 알려진다. 본 연구에서는 열분배모델을 기반으로 벽면비등 현상을 예측하는 열수력 기기해석코드인 CUPID 코드를 이용하여 수직상향류 미포화비등 실험을 해석하였다. 10 bar 이상의 고압 조건에서는 CUPID 코드의 기포율 예측 정확도가 높았으나, 대기압 주변의 저압 조건에서는 기포율 분포에 대한 해석결과가 실험결과와 큰 차이를 보였다. 따라서 열분배모델 내 주요 인자에 사용되는 부모델에 대한 민감도 분석을 수행하였으며, 저압 조건 미포화비등 예측에 적합한 최적 부모델 조합을 선정하였다. 또한, 열분배모델 내 주요 인자 중 하나인 K-인자가 기포율에 미치는 영향을 평가하였다. Most CFD codes, that mainly adopt the heat partitioning model as the wall boiling model, have shown low accuracies in predicting the two-phase flow parameters of subcooled boiling phenomena under low pressure conditions. In this study, a number of subcooled boiling experiments in vertical channels were analyzed using a thermal-hydraulic component code, CUPID. The prediction of the void fraction distribution using the CUPID code agreed well with experimental data at high-pressure conditions; whereas at low-pressure conditions, the predicted void fraction deviated considerably from measured ones. Sensitivity tests were performed on the submodels for major parameters in the heat partitioning model to find the optimized sets of empirical correlations suitable for low-pressure subcooled flow boiling. The effect of the K-factor on the void fraction distribution was also evaluated.
수직관 외벽 응축열전달에 대한 증기-공기 혼합물의 유속 영향 평가
유지웅(Ji-Woong Yoo),박일웅(Il Woong Park),이연건(Yeon-Gun Lee) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.8
한국의 차세대 혁신형 원전 iPOWER에서는 방출된 증기를 응축시키기 위해 수직 전열관 다발로 구성된 원자로건물 피동냉각계통을 도입한다. 본 연구에서는 수직 전열관 외벽에서의 응축열전달계수에 기체혼합물의 속도가 미치는 영향을 평가하기 위한 강제대류 응축실험을 수행하였다. 길이 1 m, 외경 40 ㎜의 응축튜브를 사용하여 압력 2~4 bar, 공기의 질량분율 10~58%의 범위에서 평균 열전달계수를 측정하였다. 압력, 공기 질량분율, 평균 벽면과냉도 등을 동일하게 유지하면서 증기-공기 혼합물의 속도에 따른 열전달계수의 변화를 평가하였다. The passive containment cooling system (PCCS) of the Korean innovative power reactor, called iPOWER, employs multiple bundles of a vertical heat exchanger tube to condense the released steam on its outer surface. In this study, a series of forced convective condensation tests were performed to investigate the effect of the gas mixture velocity along the condensing surface of a vertical cylinder on the heat transfer coefficient. Using the condenser tube of 1 m in length and 40 ㎜ in outer diameter, the mean heat transfer coefficient was measured at 2~4 bar for the air mass fraction ranging from 10 to 58%. The variation of the mean heat transfer coefficient with the velocity of the air-steam mixture was studied while maintaining other conditions the same, including the pressure, air mass fraction, and average wall subcooling degree.